智能假肢，又被称为神经义肢，生物电子装置，是指医生们利用现代生物电子学技术为患者把人体神经系统与照相机、话筒、马达之类的装置连接起来以嵌入和听从大脑指令的方式替代这个人群（肢体残疾人士）的躯体部分缺失或损毁的人工装置。

对于肢体残疾群体来说，虽然残肢筋肉骨骼已被损毁，但曾经控制着这部分残肢的大脑区域及神经依旧会继续存活。因此，众多肢残人士与断肢对应的脑区和神经都在静候重新联络，智能假肢的出现便如一道桥梁，重新连接了大脑与断肢，让肢残人士得以再次操控残肢。医生通过现代生物电子学技术，把残肢内的神经与假肢中的控制单元所连接，大脑发出的神经信号会先经过残肢神经，再由此传递到假肢控制单元中，进而驱动假肢完成日常动作。

智能假肢具有四大核心技术，一是关节的结构与调控方式。从结构上来说，目前主要有单轴式和多轴式，单轴式具有结构简单、重量轻、易加工组装的优点，但该结构目前仍存在稳定性不足的缺陷。相对于单轴结构，多轴结构则具有更好的稳定性，且能在摆动过程中较好模拟人体关节的转动模式。从调控方式上来说，则可分为全被动型、半主动型以及动力型，传统的假肢则多为被动型，因此通常不具备调控能力。就目前的研发情况来说，动力型假肢在很大程度上会成为未来智能假肢的主要发展方向。

第二个核心技术则是穿戴者的运动意图识别。智能假肢穿戴者运动意图的准确识别，是实现人机协调控制的基础，大致可分为运动种类识别、行走路况识别、步速识别、步幅识别以及行走相位识别等。智能假肢可根据穿戴者身上的传感器装置，如肌电、脑电、加速度、足底压力传感器等精准识别穿戴者的运动意图，从而助力穿戴者更好行走。

图源：强脑科技官网

除此之外，智能假肢的驱动控制也是核心技术之一。主要可包括最高层次的感知层（对人体运动意图进行识别和解码）、中间的转换层（将识别到的运动意图转换为相应的控制算法）以及最下的执行层（根据相应的控制参数驱动关节电机实现闭环控制）。

图源：知乎 堂博士

智能假肢的人机协调控制同样也是核心技术之一。如何更好地实现人机协调，更精准地理解穿戴者的行走意图，也是智能假肢发展的重要关键点。

此外，相对于智能假肢，传统假肢的在功能性和用户体验上也存在缺陷，特别是传统的机械腿，其并不具备感知和自主调节的功能，只能依托用户人为控制假肢来满足基本的辅助功能，且无法向截肢者传递有关运动或与地面环境的交互信息。同时也有可能出现“打软腿”的情况（从走的状态变为跪的状态），支撑力不强，在一定程度上会导致穿戴者行走不稳或摔倒。不仅如此，传统的机械腿也有可能导致患者出现骨骼关节疾病，机械腿与残肢接触部分也会产生皮肤磨损与不适感。

因此，与传统的纯机械假肢只能满足肢体残疾人群的基本日常生活辅助相比，智能假肢由于装备有微控制器、检测人体运动状态的传感器和调节假肢关节运动速度的驱动装置，所以在穿戴者的运动意图识别、运动状态识别、人机协调性以及助力性能上都具有显著的优势。

智能假肢作为融合了传感器、微电子、人工智能等高精尖技术的产品，能精准地模拟人类肢体功能，识别用户运动意图，目前已在多个领域展现出了广泛的应用价值，主要包括医疗康复领域和运动竞技领域等。

医疗康复领域是智能假肢应用的核心场景，智能假肢作为肢体残疾群体的重要行动辅具之一，在康复领域的应用价值也十分显著。具体来说，可包括帮助肢体缺失患者恢复运动功能与开展康复训练两方面，从而帮助其恢复基本生活自理能力与行动能力，帮助其更好适应日常生活。

智能假肢可通过配备的传感器、处理器与驱动系统等，由传导的肌电信号、脑电信号等捕捉残肢肌肉或大脑发出的神经信号，从而转化为智能假肢的反馈动作，实现抓取、伸缩、行走等功能。目前随着传感器、驱动系统等技术的深入发展，智能假肢已越发向仿生化、智能化以及精准化的方向演进，高灵敏度的传感器可以辅助假肢更好地获取信号，从而更精准地传导。而新型的智能假肢系统以及与人工智能的高度结合，则使假肢能够更迅速、灵敏地反馈，从而实时调整运动步态，实现人机的协调统一。

例如中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张挺团队便研发出了一种可用于智能假肢的机器学习辅助多功能触觉传感器，为截肢提供了一种类似人类的触觉传感方法。同时，装配上述传感器的先进肌电假体的个人可以感知压力、温度并识别不同的材料，为肢体残障人士恢复运动功能与感知能力提供了有效途径。

图源：CAAI认知系统与信息处理专委会公众号

北京大学工学院先进制造与机器人系王启宁教授课题组则研发出了全球首款基于折纸结构的仿生软体膝关节假肢。该款假肢受到马尾草启发，主体由热塑性聚氨酯3D打印制成，膝关节单元重量仅300g，假肢高度仅15cm，折纸结构的大范围折展特性，可满足膝关节大范围运动的要求。

图源：北京大学公众号

复旦大学生物力学与智能康复工程实验室则基于生物力学技术孵化出了连接着一整套智能触觉仿生系统的智能假肢，该假肢可为佩戴者提供有效的落地指引和感觉反馈，可让佩戴者感受到假肢是自身身体的一部分，从而实现真正的人机协调统一。同时，该团队开发的柔性高、可拉伸强的可穿戴感觉反馈“贴片”，即触觉仿生系统，上面的传感器可实时传递人体力觉信息，可为患者康复训练提供实时数据，方便及时调整康复训练计划。

图源：新民科学咖啡馆公众号

此外，强脑科技旗下的智能仿生假肢则将脑机接口技术与人工智能算法高度整合，通过检测佩戴者的神经电和肌肉电信号，识别佩戴者运动意图，并将识别到的运动意图转化为智能假肢的动作，并进行实时的动态调整。例如强脑科技智能仿生手的使用者周键不仅可以利用该款仿生手进行刷牙洗脸等日常生活操作，而且还可以使用其进行钢琴演奏、敲击键盘打字等。

图源：人民日报一撇一捺公众号

无独有偶，26岁的林韵也在康复师的帮助下，通过与强脑科技智能仿生腿的训练磨合，重新找回了曾经走路的感觉。同时，林韵也慢慢可以穿戴着假肢完成走路、交替上下楼梯，跑步等动作。林韵在不断训练下，其走路也已和健全人无异。

图源：人民日报一撇一捺公众号

上海傲意科技研发的产品——OHand™ 智能仿生手则将神经科学与机器人技术融合，采用无创肌电神经信号传感器阵列、人工智能模式识别算法、新型人机交互等核心技术，可通过用户自身神经信号和意念进行操控，可精准完成抓握牙刷、系解鞋带、点击键盘等27组日常动作，从而帮助佩戴者实现手功能的再造。值得一提的是，OHand智能仿生手还是中国第一台、全球第三台实现量产的智能假肢，同时也是率先进入残联补贴目录的智能产品。

图源：中国机器人网公众号

浙江臻行科技有限公司开发的智能膝关节假肢产品——臻行·吉光系列可适用于单腿或双腿截肢的残疾人用户，该产品采用国内先进的全碳纤维仿人腿形壳体，结合航天金属材料，融合微电子、仿生控制、新材料、AI等多项技术，整机重量仅1.3千克，质量轻便、坚固耐用，穿戴方便舒适。同时，吉光系列利用步态意图识别与仿生控制算法，可精准识别用户步态意图；微型智能液压阻尼系统则可提供稳定的阻尼调节，保障用户行走平稳；多传感融合技术则可全方位感知用户运动状态，实时调整参数。

图源：湖州吴兴智能机器人创新研究院公众号

北京工道风行智能技术有限公司研发的单轴液压膝关节可在承重自锁功能期间确保站立期膝关节锁死，极大地提升了行走的安全性。同时液压屈膝伸展阻尼可独立调节，使用者可在不同地形上保持稳定流畅的步态。

图源：北京残联公众号

此外，风行智能的智能动力小腿假肢则可根据人体踝足的生物学结构设计，自主识别人体运动意图，智能调节关节的角度、阻尼和动力。 

图源：北京残联公众号

风行智能研制的另一款产品——可调跟碳纤储能脚，该产品可快速调整跟高，满足用户对不同鞋跟高度的使用需求。同时，跟高调整机构可根据滑动轨迹自动调整对线位置，也可自动匹配踝关节滚动弧度，自动修补腿长高度差。

图源：北京残联公众号

由此可见，智能假肢在一定程度上有助于肢体残疾人士恢复断肢运动功能，同时也可以辅助他们进行断肢的康复锻炼，帮助其更好适应日常生活，重拾自信。

此外，国外的研究团队也进行了开创性的研究，譬如瑞典乌普萨拉大学和卡罗林斯卡研究所联合研发的机器人感知与智能假肢结合的技术。该技术有望为假肢和机器人赋予类似人类手的触觉感知能力，可让假肢和机器人通过触摸感知物体。据悉，研究人员开发的人造触觉系统主要有三个部分组成，一是电子皮肤（e-skin），可通过触摸检测压力；二是人工神经元，可将模拟的触摸信号转换为电脉冲，模仿人类神经系统对触觉信息的处理方式；三是处理器，可用于处理信号并识别物体。

图源：机器人研究公众号

英国触摸仿生公司Touch Bionics公司研发的生肌电控制假肢手则可通过肌电信号进行信号传导，从而帮助穿戴者完成抓握、拿取、操作智能手机和平板电脑等日常动作。

图源：外骨骼大本营

澳大利亚Synchron公司所研发的Stentrode脑机接口产品可通过植入性导管控制智能假肢的神经信号，经研究发现，已有两名渐冻症患者可在植入Stentrode并佩戴智能假肢后，通过思考（意念）实现文本编辑、网购等操作，在一定程度上提高了渐冻症患者的生活独立性。

图源：外骨骼大本营

除了上述提到的医疗康复领域，体育竞技领域也是智能假肢广泛应用的主要场景之一。例如在登山领域，夏伯渝成为了中国第一个依靠假肢登上珠穆朗玛峰的残疾人，同时也是世界登顶珠峰年纪最大的残疾人。

图源：劳伦斯世界体育奖官方网站

同时，在2023年杭州亚残运会点火仪式上，残奥游泳运动员徐佳玲便穿戴者强脑科技研发的智能仿生手，点燃了亚残运会的主火炬，这也是世界上第一个由脑机接口智能仿生手点燃的国际体育赛事圣火。

图源：杭州亚运会官网

同样在亚残运会上，有着“独脚潘”之称的运动员潘俊帆，在智能假肢的帮助下，成为了史上第一位在赛程规定时间内完成108公里戈壁穿越的截肢者。不仅如此，其还是全球第一位腿部截肢并完成铁人三项70.3英里的中国人、腿部截肢者越野世界纪录保持者……成为了中国的“刀锋战士”。

图源：潮新闻

臻行科技产品的代言人王涛也穿戴着智能假肢，荣获了斯洛文尼亚残奥冬季两项世锦赛银牌。

图源：湖州吴兴智能机器人创新研究院公众号

此外，2024年，在瑞士苏黎世举办的第三届全球辅助技术竞赛（Cybathlon）上，来自中国苏州的残疾人徐敏佩戴着由东南大学研发的人机共融型生机电一体化假肢手，高效完成了提重物、双臂协作、精细物体抓取等10个假肢操作任务，并以90分获得上肢义肢组冠军。

图源：现代快报

捷足先登（广州）科技发展有限公司推出的智能假肢也曾应用于东京残奥会及中国女子轮椅篮球队，为残奥运动员们开展体育竞技提供了产品支持，同时该公司的产品也帮助汶川地震伤者更好地适应行走、运动等。

图源：上游新闻

图源：中国残疾人就创业平台

作为肢体残障人士的重要辅具，智能假肢通过先进技术其带来了诸多助益。从运动功能实现上，智能仿生腿采用人工智能原理，内置传感器收集运动数据，经算法转化为指令控制液压系统，实时进行步态调整，提供良好的支撑力，适应佩戴者运动情况，让其能顺利完成行走、跑步、攀岩等复杂动作。智能仿生手则通过捕捉神经电和肌肉电信号，识别运动意图，驱动仿生手灵活运动，可完成拧瓶盖、写字、打字、弹钢琴等精细动作，有助于帮助残疾人适应日常生活，提高他们的生活独立性。

譬如广东省工伤康复医院便为一名来自深圳的大腿截肢患者安装了先进的下肢智能假肢，该款假肢具有较高的适配性和灵活性，可模拟自然的生理步态，有效减少穿戴者的体力消耗。患者在智能假肢的帮助下已基本熟练行走，并多次乘坐飞机、高铁等交通工具，去内蒙古爬雪山、到国外出差洽谈公务，且可以独立驾驶改装私家车出行。

图源： 广东省工伤康复医院公众号

图源：广东省工伤康复医院公众号

在网络上颇有热度的义肢改造师梁开宇不仅关注如何让假肢穿戴起来更加方便、舒适，更关注如何让更多普通用户能够使用智能假肢。其在臻行科技吉光系列假肢的辅助下，成功完成了上下斜坡、交替下楼梯、骑自行车等日常动作，同时，其也顺利通过草地、凹凸路面等，穿戴方便舒适，能助力肢体残疾群体更好融入社会。

图源：肢乎公众号

假肢康复技师朱闯曾是一名军人，但因一场重大的变故而失去右腿，他借助臻行科技的智能膝关节“臻行・吉光”，可实现登山、上下斜坡、走千余台阶等，同时，他也多次在公益演讲中传递正能量，鼓励残疾人士重新拥抱新生活。

图源：湖州吴兴智能机器人创新研究院公众号

24岁的张姑娘曾因骨癌大腿截肢，但在去年，她在强脑科技仿生腿假肢的帮助下，参加了横店马拉松8公里的赛事。不仅如此，张姑娘还穿戴着智能假肢游玩了灵隐寺和西溪湿地，一天可以走两万步。

图源：黑龙江省残联

同样和张姑娘一样受益于智能假肢的，还有来自贵州的25岁姑娘小周。小周因幼时的一场意外而失去了一条腿，去年她在强脑科技智能仿生腿的帮助下，终于实现了自己的愿望——拥有一只智能化的假肢，可以像正常人一样走路。

图源：黑龙江省残联

上海市民张粤成是一名画家，但却因意外而失去了左手。如今他已经可以熟练运用智能仿生手握住画笔进行绘画，张粤成表示，自己再也不用像以往那样，用两只脚夹着画板作画。

一位从小失去左手的00后大学生庞启龙，也可在傲意科技仿生手的帮助下熟练拿起杯子，并完成一些日常生活中的常见动作。

图源：上观新闻

来自泉州的小女孩兰雨晨被一场车祸夺走了右腿，但坚强乐观的她并没有因此而消沉，在医疗团队和家人的鼓励陪伴下，小雨晨不仅借助假肢重新站了起来，而且还继续学习着自己喜欢的舞蹈，在2020年3月，小雨晨还登上了央视《越战越勇》的舞台，与残疾舞蹈老师廖智（双腿截肢）同台共舞。

图源：福建残联公众号

1993年出生的福建人乐传载也在6岁那年因一场车祸失去了左腿，2005年，他被三明市残联选为运动员苗子参加市级集训。在集训中，市残疾人辅具服务中心为他适配上了骨骼式大腿假肢，并安排他在训练的课余时间到假肢站进行穿戴假肢的平衡站立、行走、越障、上下阶梯、室外行走等功能性恢复训练。乐传载也在假肢的帮助下，重新体会到了能站能走的感觉。此后，乐传载也成为了福建省坐式排球队的一员，2015年，其作为福建省坐式排球代表队主力队员参加了第九届全国残疾人运动会，并获得了第六名的好成绩。如今的乐传载则拥有了一家属于自己的海鲜烧烤店，为了给客户送外卖，有时他可以一天行走一万多步。

图源：福建残联公众号

智能假肢等更多助残科技，正帮助许多残疾人改善生活。目前程天、大艾、强脑、科大讯飞爱博智能等科技品牌企业，已确认参加2025中国国际福祉博览会。作为助残科技成果展示推广与落地转化的重要平台，中国国际福祉博览会将于2025年9月12-14日在北京国家会议中心举行。本届展会将特设“创研汇”科技助残专区及品牌展示区，为企业、高校及科研院所提供科技创新产品的首发平台，并推动科技成果转化及落地应用。

目前，组委会正在征集科技助残优秀案例，我们诚挚邀请人工智能、脑机接口、信息无障碍、智能假肢与康复机器人、感知辅助技术、VR/AR、仿生、神经调控等领域助残创新相关领域的企业、高校及科研院所参与展示，共同推动科技助残及残疾人事业的发展，让科技的温度惠及更多有需要的人群。

资料来源：甲匠Exoartisans公众号、外骨骼大本营、CAAI认知系统与信息处理专委会公众号、新民科学咖啡馆公众号、人民日报一撇一捺公众号、中国残疾人杂志社公众号、强脑科技官网、北京大学公众号、中国机器人网公众号、湖州吴兴智能机器人创新研究院公众号、繁星创业营公众号、广东省工伤康复医院公众号、各省市残联公众号等

参考文献：

刘作军,许长寿,陈玲玲,等.智能假肢膝关节的研发要点及其研究进展综述[J].包装工程,2021,42(10):54-63.